岩移观测的数据处理方法

佟延山

摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，我国综合国力在不断的加强，矿区因煤炭资源开采造成地面变形，从而引发的地质灾害现象一直不同程度存在。如何防治开采沉陷引起的环境破坏和地质灾害，已经成为矿区各个煤矿刻不容缓的任务。下面以开滦钱家营矿2874西工作面地表移动测量为例，探讨煤矿开采区工作面地表移动观测站的建立与测量方法，并通过数据采集、处理和分析，获得该工作面地质采矿条件下准确可靠的地表移动变形参数，分析了地表移动变形规律。该方法可为煤矿其他工作面的开采，提供经验数据，为矿区地质灾害防治提供前瞻性对策和指导，降低矿山开采的生态和环境成本。

关键词：浅埋深;厚煤层;岩移;观测分析

煤矿开采后会引起上覆岩层直至地表黄土的移动和变形，其变形规律及影响范围对煤矿开采有着很大的影响，也直接关系到煤矿工作面的开采范围、开采参数、采煤方法及煤柱的留设等，对煤炭资源的回采具有重要意义。一个新的采区的开采，由于缺乏相应的基础地质资料，需要对煤炭开采引起的地表岩移规律进行测试，并为以后的开采提供参考。

1、 地面变形观测线设计

2874西工作面地面标高+12.1——+16.5米，平均+13.5米，工作面标高为-752.4—— -810.2米，该工作面沿走向设计长度为1567米，沿倾向长度为200.3米。煤层倾角6°～24°，平均16°，煤层厚度在3.0m～5.5m之间变化，平均4.1m。

根据“三下采煤规程”，最终确定本矿上山移动角γ、下山移动角β和走向移动角δ分别为70°。

为较好的确定开采影响的边界，观测线应有足够的长度。因此，各种移动角调整值：走向△δ=20°，上山△γ=20°，下山△β=20°。

根据钱家营矿以往的观测资料及开滦矿区观测站实测资料，松散层移动角φ为35°。本区冲积层厚度h=85m。

结合《煤矿测量规程》及《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》有关规定，具体取值如下：基岩移动角β=γ=δ=70°;冲积层移动角φ=35°;煤层倾角α=16°;最大下沉角θ=90°-0.6α=80.4°;移动角修正值（走向Δδ，倾向上山Δγ，倾向下山Δβ）Δδ=Δγ=Δβ=20°。

地面变形观测线本应设置成直线，并与煤层走向垂直或平行。一般可设走向观测线和倾斜观测线各一条，设在移动盆地的主断面位置。也可以在地裂缝、地面塌陷的重点观测区域，增加观测线，设置成网状观测线。通常地面变形观测中利用剖面线状观测线的设计方法。走向观测线应设在移动盆地的走向主断面上，具体的确定方法为：在倾斜主断面上，从采空区中心用最大下沉角θ划线与地表相交于O点，通过O点作平行煤层走向的垂直断面，此断面所在的位置就是走向观测线的位置。具体的操作为，从采区中心O的正上方，向下山方向移动d=H0ctgθ的距离，标出向下山方向移动距离的一点后，再通过该点沿矿体走向做剖面线，即得到走向观测线平面位置。

由于2874W工作面观测点在布设过程中受地物地貌等各种因素的限制，我们采用不规则设站，在村庄的街道上临时布点，其中沿工作面走向布设一条观测线，沿倾向布设一条观测线，共计67个观测点。

2、岩移观测的数据处理方法

2.1观测要求

观测区域位于平原区，起伏较小，故地面变形观测线的平面观测使用CORS系统GPS进行平面测量的方法，高程采用CORS系统GPS进行高程测量。埋石工作结束，经过10 ～15 d 标石沉降稳定之后，方能进行观测。为了减小误差，提高观测精度，采用固定的观测方式和观测流程，对每个观测点，平面观测、高程观测均使用CORS系统观测，每次都用相同的方式进行测量。

2.2全面观测

为了确定观测站点位及其与开采工作面之间的相互位置关系，首先利用CORS系统对观测点进行全面测量，测得观测点的平面位置与高程。

最初的全面观测后，在采动影响前进行日常巡视观测，初始全面观测在测点受采动影响之前进行，在测点埋设好以后半个月左右进行。如果发现测点的累计下沉量达到10mm时，即认为地表已经开始变形，进入地表移动初始期。进入地表移动初始期后，进行日常巡视观测，巡视测量的目的是确定采动地表移动的开始、发展、停止等状况，巡视观测只进行水准测量，主要测定采空区正上方走向测线上的测点，每隔7天进行一次高程测量，直至某一测点的累计下沉达10mm时为止。当地表累计下沉达到50～100mm时，进行采动后的第一次全面观测。随后，当日常巡视观测发现每月下沉值大于50mm时，进入地表移动活跃期，每15天测定一次。

每次塌陷观测过程中，及时检查地表及建筑物变形情况，出现问题及时填图注记，并密切注意井下回采进度和地表下沉的关系。

在全面观测和巡视观测时，若发现每月下沉值小于50mm时，进入地表移动的衰退期。衰退期的巡视观测直到6个月内的下沉值不超过30mm时为止，此时地表移动稳定，进行最后一次全面观测，获得地表变形稳定后观测点的平面和高程最终数据。

在地表移動的发生阶段，一般可根据开采深度、回采工作面推进速度和顶板岩性等具体条件，确定全面观测周期。

2.3观测结果分析

通过对观测结果和下沉预测值进行计算和分析比较，进一步证明所用参数的正确性，为今后保安煤柱和三下采煤的设计提供了可靠的技术支持。

2.4工作面沉降分析方法

根据工作面所有观测数据和已有的地形、地质、开采工艺等数据，对工作面的沉降情况做以下分析。

地表移动盆地的位置、大小、范围：根据观测点的沉降数据，对盆地的位置、大小、范围等进行计算，得到地表移动盆地的大体情况。

最大下沉值的分布位置及大小：根据观测点的数据，计算主断面上最大下沉值的点位及工作面的开采沉陷最大下沉值。

地表移动盆地在主断面上的移动和变形的分布与特征：通过观测数据，可以得到地表移动盆地在主断面上的下沉、水平移动等情况，得到地表移动盆地在主断面上的变形规律。

工作面开采沉陷移动盆地的发展过程及相应的主要参数：根据历次观测数据和工作面的开采进度，总结地表移动各个阶段（初始阶段、活跃阶段、衰退阶段）的持续时间以及地表移动持续的总时间，计算工作面开采沉陷发生的起动距、超前距、滞后距等。

3、结语

通过对观测资料的分析与研究，探讨了煤矿新采区工作面岩层移动规律，并验证了已有移动角、地表变形参数的可靠性，为今后保安煤柱和三下采煤的设计提供了有力的技术保障。

参考文献：

[1]何国清，杨伦.矿山开采沉陷学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1994.

[2]陈二龙.基于动态测量的煤矿地表开采沉降观测研究[J].煤矿现代化，2019，28（4）：140-142.

[3]李天文.GPS原理及应用[M].北京：科学出版社，2003.

（作者单位：开滦钱家营矿业公司地测科）